Eine Einführung in die Welt der Schrauben, Muttern und Gewinde

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Ich weiss es noch wie heute, sehe es noch genau vor mir: Das Chaos in jener Schublade im elterlichen Hobby-Keller, auf der in fetten Buchstaben "SCHRAUBEN" zu lesen ist. Einige Kilogramm schwer, beherbergte diese eine Schublade den gesamten Schraubenvorrat einer Familie, die - der Leser hat es vielleicht bereits gemerkt - mit dem Heimwerken nicht sonderlich viel am Hut hatte. Dicke und duenne Schrauben, lange und kurze Schrauben, dazwischen unzählige verschiedene Muttern und Unterlegscheiben - einfach alles kunterbunt durcheinander. Musste dann wirklich einmal etwas verschraubt werden, so dauerte das Suchmanöver meist erheblich länger, als die eigentliche Arbeit selbst.

Wer jetzt glaubt, das Geschilderte sei ein Einzelfall, der irrt. Kaum ein Gut wird so nachlässig behandelt, wie jene unscheinbaren Metallteile, die oftmals über Leben und Tod, ueber Lust oder Frust entscheiden.

Die Anzahl verschraubter Verbindungen an einem Motorrad ist meist unüberschaubar hoch. Wer sein Fahrzeug immer in die Werkstatt gibt, ist fein raus. Wer aber selbst Hand anlegt, für den ist es ratsam, sich einmal grundlegend mit dem Thema zu beschäftigen - vielleicht kann dieser Artikel ein Einstieg sein.

Begonnen hat die Geschichte des Gewindes recht früh, genauer gesagt, bereits in der Antike (250 v. Chr.) mit der "Archimedischen Schraube", die im wesentlichen dazu diente, Wasser von einem niedrigen Wasserspiegel auf einen höher gelegenen zu befördern. Wein- und Ölpressen wurden bereits bei Plinius beschrieben, die ältesten bekannten Aufzeichnungen stammen aus dem 16. Jahrhundert von Leonardo da Vinci, doch es sollte noch eine ganze Zeit dauern, bis die Schraube in heutiger Form die Technik revolutionierte. Wurden lange Zeit Schrauben und die dazu passenden Gewinde in Handarbeit Stück für Stück (und somit immer verschieden - es passte also immer nur eine Schraube zu einer Mutter!) hergestellt, machte sich im England der frühen Industrialisierungsphase ein Techniker namens Joseph Whitworth Gedanken über die Normierung von Gewinden, Toleranzen, Werkstoffen und Passungen. Er war davon überzeugt, dass es fuer einen florierenden Maschinenbau von unabdingbarer Notwendigkeit war, eine Austauschbarkeit einzelner Bauteile zu schaffen, und dieses ist eben nur mit einer Normierung der universell notwendigen Bauteile wie, zum Beispiel der Schrauben, möglich. 1841 gibt man heute als das "Erfindungsjahr" des genormten Gewindes durch Whitworth an, das noch heute den Namen seines Erfinders trägt. Grundidee Whitworths war es, jene Maße einer Schraube zu bestimmen, die fuer ein späteres Passen in einem Gewinde verantwortlich sind. Schnell waren die Faktoren klar: Gewindedurchmesser, Kerndurchmesser, Flankenwinkel und Steigung. Erstmals war es nun möglich, Anlagenteile, die an Ort A vorgefertigt wurden, an Ort B zu montieren. Auch eine Ersatzteilproduktion wurde somit möglich. Aufgrund der anfänglich starken Dominanz des englischen Maschinenbaus breitete sich das englische Whitworth-Gewinde, das auf der englischen Zoll-Einheit basiert, rasch auch über das restliche Europa aus.

Und dies, obwohl auf dem Festland eigentlich seit der Meterkonferenz 1875 der Meter (Urmeter in Paris) und somit davon abgeleitet eine metrische Gewindebestimmung endgültig als Maß der Dinge festgelegt wurde. Was folgte, war ein jahrelanges Nebeneinander und Gegeneinander der verschiedenen Gewindemaße, denn auch die Vereinigten Staaten von Amerika hatten inzwischen wiederum eigene Maße geschaffen ("ASME: American Society of Mechanical Engineers" und "SAE: Society of Automotive Engineers") - die Verwirrung war also komplett.

Zwar konnte sich in den Folgejahren wenigstens innerhalb der drei Hauptgruppen eine gewisse Normierung herbeiführen lassen - es gab nun pro Gruppe (engl. Zoll; amerik. Zoll; metrisch) nur noch ein System - grundsätzlich hat sich an dieser verfahrenen Situation aber bis heute nur wenig geändert. Besitzer einer Harley, gleich welchen Baujahrs, dürfen sich an den Zollgewinden amerikanischer Provenienz erfreuen, während Eigner klassischer British-Bikes ausschliesslich mit Zollwerkzeug englischer Herkunft hantieren, und der Rest der Motorradwelt mit metrischen Schrauben Vorlieb nehmen darf. Wer mehrere Motorraeder aus unterschiedlichen Herstellerländern besitzt, kann also Pech haben und seine Werkstatt gleich dreifach bestücken.

Will man nun jene, seinerzeit von Whitworth postulierten Bestimmungsmerkmale einer Schraube selbst messen, so benötigt man dazu im Prinzip nur eine Schieblehre, die sowohl eine metrische wie auch eine Zoll-Einteilung besitzen sollte, eine Gewindelehre (wiederum metrisch und zöllig) und einige Maßtabellen, um gegebenenfalls die passende DIN-Norm oder Bezeichnung der vorliegenden Schraube herauszufinden. Mit der Schieblehre wird parallel zum Aussengewinde der Gewindedurchmesser bestimmt. Beträgt er beispielsweise 10 Millimeter, so hat man es mit einer Schraube mit dem Durchmesser M 10 zu tun, wobei das M fuer metrisch steht. M 6, M 8, M 10 und auch M 12 sind gängige Größen im Motorradbau und sollten somit (am besten in verschiedenen Längen) in keinem Sortiment fehlen. Nächste Bestimmungsgröße ist die Steigung. Dies ist bei metrischen Gewinden der Abstand zwischen zwei Gewindegängen, jeweils von Spitze zu Spitze gemessen. Zur genauen Bestimmung sollte eine Gewindelehre zu Hilfe genommen werden. Von den verschiedenen Messblättern der Gewindelehre wird nur ein Blatt exakt in die Gewindeflanken eingreifen; die in das Blatt eingravierte Zahl bezeichnet dann die Steigung. Die Regelsteigung beträgt bei einer M 6 Schraube beispielsweise 1 mm, bei einer M 8 Schraube 1,25 mm. Abweichend von diesen Regelgewinden gibt es bei den metrischen Größen aber auch Feingewinde, die eine geringere Steigung haben.

Bei den zölligen Gewinden aus England bezeichnet man die Steigung als Gangzahl, die auch etwas anders bestimmt wird. Die Gangzahl gibt die Anzahl der Gewindegänge an, die man auf ein Zoll zählen kann. Im Klartext: Eine Zoll-Schraube mit der Gangzahl 12 benötigt also 12 Umdrehungen, um sich ein Zoll tieferzudrehen. Der Aussendurchmesser des Gewindes wird selbstverständlich ebenfalls in Zoll angegeben. Auch in diesem System gibt es Regel- und Feingewinde, die Bezeichnungen lauten "BSW - British Standard Whitworth" und "BSF - British Standard Fine Thread Whitworth". Ebenfalls ihr eigenes Süppchen kochen die Amerikaner. Auch im Land der unbegrenzten Möglichkeiten ist das Zoll maßgeblich, auch die Bestimmung der Gangzahl ist mit dem britischen System identisch. Der Grund, warum man englische und amerikanische Zoll-Gewinde trotzdem nicht in einen Topf werfen darf, ist ein unterschiedlicher Flankenwinkel. Während englische Zoll-Gewinde einen Flankenwinkel von 55 Grad besitzen, haben amerikanische Gewinde einen Flankenwinkel von 60 Grad - sie sind also nicht untereinander austauschbar. "UNC - Unified Coarse Thread" und "UNF - Unified Fine Thread" sind die Bezeichnungen für amerikanisches Regel- und Feingewinde.

Neben den oben aufgeführten gängigen Gewindearten gibt es noch unzählige Sonderformen, die einem ambitionierten Schrauber auch durchaus einmal begegnen können. Gerade Benzin- und Ölleitungen weisen oft konische Sondergewinde auf, die ein besseres Abdichtverhalten zeigen. Auch Besitzer aelterer englischer Motorräder müssen sich mit Exoten anfreunden. Denen kommen nicht selten "BSCy-Gewinde" unter (British Standard Cycle), die hauptsächlich an Speichen, Kettenspannern und Motorteilen zu finden sind. BSCy-Gewinde haben immer die gleiche Gangzahl von 26, wobei 9/16 Zoll und 5/8 Zoll alternativ auch 20 Gänge pro Zoll aufweisen können.

Neben dem nahezu unerschöpflichen Gebiet der Gewindearten, sollte man noch ein paar Worte über Materialien und Festigkeit, Muttern sowie über Formen des Schraubenkopfes und Schraubenschlüsselgrößen verlieren. Doch immer der Reihe nach. Als gängigstes Schraubenmaterial wird Stahl verwandt. Um nicht sofort dem Rost anheimzufallen, sind Schrauben meist verzinkt. Je nach Güte des benutzten Stahls gibt es verschiedene Festigkeitsklassen, die auch auf der Schraube ablesbar sind. Um den angegebenen Wert richtig interpretieren zu können, muss man sich kurz mit den Eigenschaften von Stahl beschäftigen: Zieht man die Mutter einer verspannten Stahlschraube langsam immer fester an, dann wächst der Widerstand stetig, die Schraube längt sich geringfuegig. Da Stahl aber eine gewisse Elastizität besitzt, "schnurrt" die Schraube wie ein Gummiband nach dem Lösen wieder zusammen. Dies funktioniert jedoch nur bis zu einer gewissen Grenze. Wird diese überschritten, so längt sich die Schraube bleibend. Die optimale Festigkeit einer Verschraubung wird erreicht, wenn man die Schraube so fest anzieht, dass sie sich im "gesunden" Dehnbereich befindet. Und eben über diese Festigkeitsbereiche gibt die Inschrift auf einer Schraube Auskunft. Dort sind zwei durch einen Punkt getrennte Zahlen zu lesen. Die erste Zahl gibt die Mindestzugfestigkeit an, die zweite das Verhältnis der Mindeststreckgrenze zur Mindestzugfestigkeit. Ein Beispiel macht es deutlich: Ist auf einer Schraube 8.8 zu lesen, so bedeutet die Acht vor dem Punkt, dass diese Schraube eine Zugfestigkeit von 800 N/mm besitzt, danach reisst sie ab. Die zweite Zahl gibt an, ab welcher Zugkraft sich die Schraube so stark gelängt hat, dass sie sich nicht wieder zusammenzieht. Die Berechnung geschieht nach folgendem Schema: Angenommen, die Schraube ist mit 10.9 gekennzeichnet, dann beträgt die Zugfestigkeit also 1.000 N/mm. Die Dehngrenze sind jene 1.000 N/mm x 0.9 (also 90% der Zugfestigkeit), also 900 N/mm. Diese Werte haben jedoch nichts mit den Anzugsmomenten zu tun, die auf einem Drehmomentschlüssel einzustellen sind. Diese zu berechnen, bedarf eines größeren Aufwandes und hängt nicht zuletzt von dem zu verschraubenden Material ab. Jeder Hobby-Schrauber tut also gut daran, sich die Anzugsmomente aus einem Reparaturhandbuch zu besorgen, um Schäden an Schrauben und Gewinden zu vermeiden. Wer also künftig Schrauben an seinem Fahrzeug austauschen möchte, sollte unbedingt auf die Festigkeitsangaben achten, billige Kaufhausschrauben können unter Umständen teure Schäden zur Folge haben (Wichtig: Auch der Einsatz von Schrauben mit zu hoher Festigkeit kann Schaden anrichten!).

Neben Schrauben aus Stahl kommen auch solche aus Aluminium, Edelstahl (VA) oder gar Titan in Frage. Letztere sind sündhaft teuer, erstgenannte nur in nicht tragenden Verschraubungen zu gebrauchen und solche aus VA in vielen Einsatzgebieten problematisch (VA besitzt erheblich geringere Dehn-Eigenschaften als Stahl!). Wer den Einsatz solcher "Exoten" plant, sollte sich von einem Fachmann beraten lassen, um Unbill zu vermeiden. Muss man bei den Betrachtungen über Festigkeit und Gewinde tief in das Reich der Ingenieurskunst eindringen, so ist die Behandlung der verschiedenen Kopfformen einer Schraube weitgehendst Geschmackssache. Vereinfacht gesagt: Erlaubt ist, was gefällt! Egal, ob Innensechskant-, Schlitz-, Kreuzschlitz-, Sechskant- oder sonstige Kopfform, aus technischer Warte betrachtet spielt dies kaum eine Rolle. Oft hat man allerdings kaum die Möglichkeit zur Auswahl, da die Platzverhältnisse eine bestimmte Kopfform erforderlich machen.

Hat man nun endlich die dem Einsatzgebiet entsprechende Schraube in den Fingern, so beginnt der eigentliche Akt des Verschraubens. Spätestens jetzt sollte man sich Gedanken um Unterlegscheiben, Muttern und passende Schraubenschlüssel machen. Die Muttern- und Scheibenfrage ist schnell geklärt: Je eine Scheibe unter Mutter und Schraubenkopf, damit ist man stets gut bedient. Wer besondere Angst vor dem Losvibrieren der Mutter hat, kann auf Federringe, Federscheiben oder Zahnscheiben zurückgreifen. Auf jeden Fall zu empfehlen sind sogenannte Stopmuttern, die einen integrierten Nylonring zum Schutz gegen das Losvibrieren haben. Selbst extrem vibrierende Motorräder werden sich daran die Zähne ausbeissen.

Zum Schluss noch ein paar Worte zu den verschiedenen Größen der Schraubenschlüssel fuer Sechskantköpfe. Ist die Zuordnung der metrischen und amerikanisch-zölligen Gewinde zu den passenden Schluesselweiten noch einfach, so sind es wieder einmal die Briten, die für Verwirrung sorgen. Sie haben zwei Maßsysteme, die auch beide auf dem Schraubenschlüssel abzulesen sind. Im Gegensatz zum amerikanischen Zoll-Werkzeug geben die Engländer nicht die Maulweite, sondern den Gewindedurchmesser als Bezugsgröße an. Da im Laufe der Zeit aber die Kopfgröße für ein und dasselbe Gewinde verringert wurde, sind zwei Angaben notwendig. Die Angabe "3/8 W 7/16 BS" bedeutet also, dass dieser Schlüssel fuer 3/8 Zoll-Gewinde des alten Systems mit grossem Kopf (W) sowie fuer 7/16 Zoll-Gewinde des neuen Systems mit kleinem Kopf (BS)passt. Wem jetzt der Kopf raucht, der muss nicht verzweifeln. Es ist noch kein Experte vom Himmel gefallen - Über das Stadium des "Ein-Schubladen-Prinzips" ist der Leser dieses Artikels auf jeden Fall hinweg.

(Quelle: "Thunder Cycles")


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